Drehgeber

Abstract

 Bei dem erfindungsgemäßen Drehgeber wird der mit einem Ge­häuse (12) verbundene Stator (13) durch zwei miteinander vorzugsweise durch Verschrauben verbundene Lagerflansche (6.1, 6.2) gebildet, die so gestaltet sind, daß im verbun­denen Zustand der beiden Lagerflansche ein die Teilscheibe aufnehmender Ringraum frei bleibt. Vorzugsweise ist auch die auf die Teilscheibe (1) ausgerichtete elektrooptische Abtasteinheit (15) in entsprechenden Aussparungen der bei­den Lagerflansche eingebaut. Durch die Umschließung der Teilscheibe und der Abtasteinheit durch die Lagerflansche wird einerseits eine sehr geringe Bauhöhe und andererseits eine hohe Abstandskonstanz zwischen der Teilscheibe (1) und der Abtastplatte (2) erreicht, so daß auf eine dem Lichtge­ber (5) der Abtasteinheit (15) zugeordnete Kondensorlinse verzichtet werden kann. Um eine weitere Stabilität und Ab­standskonstanz zu gewährleisten und einen einfachen Aufbau zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß die Innenringe (11a) von die Welle (7) abstützenden Wälzlagern (11) gegeneinan­der im Sinne einer Vergrößerung des gegenseitigen Abstands vorgespannt und in diesem Zustand mit der Welle (7) ver­klebt sind. Die Außenringe (11b) der Wälzlaager (11) sind ebenfalls vorzugsweise durch Kleben fixiert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Drehgeber mit einem Stator, der mit einem Gehäuse verbunden ist und in dem über zwei Wälzlager eine Welle gelagert ist, an der eine Teilscheibe befestigt ist, welcher eine am Stator fixierte elektroopti­sche Abtasteinheit zugeordnet ist.

[0002] Zum Abtasten der Meßteilung der Teilscheibe bei Drehgebern der erwähnten Art werden üblicherweise Leuchtdiode oder Glühfadenlampen verwendet. Die Einhaltung eines bestimmten Abstands zwischen einer auf der Seite der Leuchtdiode/Glüh­fadenlampe angeordneten Abtast- oder Strichplatte und der Teilscheibe ist für die Meßgenauigkeit von erheblicher Be­deutung. Leuchtdioden und Glühfadenlampen bilden bekannt­lich einen Lichtkegel. Um Meßfehler zu vermeiden, muß daher ein möglichst konstant bleibender Abstand zwischen der Ab­tastplatte und der Teilscheibe eingehalten werden. Der Drehgeber ist weiterhin mechanisch so aufgebaut, daß eine Lagerwelle in einem Lagerflansch vorzugsweise über Rillen­kugellager aufgenommen ist. Ein Ende der Welle steht über den Lagerflansch nach außen für den Anbau zur Verfügung und am nach innen stehenden Ende der Welle ist die Teilscheibe angeordnet. Eine das ganze System einschließlich einer Lei­terplatte schützende Abdeckhaube ist am Lagerflansch befe­stigt.

[0003] Bei den bekannten Konstruktionen solcher Drehgeber mit ei­nem auch als Stator bezeichneten Lagerflansch kann unter anderem aufgrund der Lagerspiele der Welle die Bedingung des konstanten Abstands zwischen Abtastplatte und Teil­scheibe nicht erfüllt werden. Zur Vermeidung von Meßfehlern ist es daher bekannt, den Leuchtdioden oder Glühfadenlampen eine Kondensorlinse nachzuschalten, die eine entsprechende Verringerung des Winkels des Lichtkegels bewirkt, da nur bei achsparallelen Lichtstrahlen eine axiale Verschiebung der Teilscheibe gegenüber der Abtastplatte hinsichtlich der Abtastgenauigkeit unerheblich ist. Mit der Verwendung einer Kondensorlinse wird allerdings der Aufwand vergrößert.

[0004] Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die aufge­zeigten Mängel zu vermeiden und einen Drehgeber der ein­gangs erwähnten Art so zu verbessern, daß mit einfachen konstruktiven Mitteln bei geringer Bauhöhe ein konstanter Abstand zwischen der Abtastplatte und der Teilscheibe ge­währleistet werden kann.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese technische Aufgabe bei einem Drehgeber mit einem Stator, der mit einem umgebenden Gehäu­se verbunden ist und in dem über zwei Wälzlager eine Welle gelagert ist, an der eine Teilscheibe befestigt ist, wel­cher eine am Stator fixierte elektrooptische Abtasteinheit zugeordnet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stator durch zwei miteinander verbundene Lagerflansche ge­bildet ist, die so gestaltet sind, daß im verbundenen Zu­ stand der Lagerflansche ein die Teilscheibe aufnehmender Ringraum freibleibt und daß der Außenring des einen Wälzla­gers an einem Lagerflansch und der Außenring des anderen Wälzlagers am anderen Lagerflansch fixiert ist.

[0006] Vorzugsweise sind die Innenringe der als Schulterkugellager ausgebildeten Wälzlager auf der Welle, die eine Hohl- oder Massivwelle sein kann, durch Kleben fixiert und die Lager­flansche sind zur Bildung des Stators miteinander ver­schraubt. Die Innenringe der Wälzlager sind axial vorzugs­weise im Sinne einer Vergrößerung des gegenseitigen Ab­stands vorgespannt, beispielsweise durch ein zwischen den Innenringen angeordnetes druckelastisches Element, insbe­sondere eine Druckfeder. Die zur Bildung des Stators mit­einander verschraubten Lagerflansche sind vorzugsweise über eine Doppelmembrankupplung mit dem Gehäuse verbunden. Auf diese Weise können Fluchtungsfehler zwischen dem Gehäuse und der Welle einfach ausgeglichen werden, wobei dieser Fehler durch die Verformung der Membran bzw. besser noch durch die Änderung der gegenseitigen Lage der beiden Mem­branen bei einer Doppelmembrankupplung aufgenommen werden. Im Falle eines Montage bzw. Fluchtungsfehlers der Welle zum Gehäuse, das an einem entsprechenden Maschinenteil ge­halten sein kann, wirken daher nur vernachlässigbar kleine Kräfte auf die Lager und die Welle ein, so daß es zu keinem elastischen Verbiegen der Welle kommt, die zu einer Verän­derung der gegenseitigen Lage der Abtastplatte zur Teil­scheibe führen würde.

[0007] Dadurch, daß die Teilscheibe und die Abtastplatte bzw. die gesamte Abtasteinheit in Inneren der beiden Lagerflansche liegen, wird die niedrigste Bauhöhe erreicht, die überhaupt möglich ist. Dies ist insbesondere für Hohlwellen-Drehgeber besonders günstig.

[0008] Bei der Montage wird so vorgegangen, daß zunächst die bei­ den Außenringe der Wälzlager, z. B. Kugellager, in den La­gerflanschen beispielsweise durch Verkleben fixiert werden. Nach dem Verschrauben der beiden Lagerflansche werden die unter axialer, definierter Vorspannung durch das elastische Element stehenden Innenringe der beiden Wälzlager mit der Lagerwelle verklebt, wobei z. B. ein anaerob härtender Kle­ber verwendet wird. Dadurch ist sichergestellt, daß die Spielfreiheit der Lagerwelle bzw. der Wälzlager erhalten bleibt.

[0009] Eine besonders günstige Lagerungsgeometrie ergibt sich auch dadurch, daß die Wälzlager an der äußerst möglichen Posi­tion des Stators angebracht werden können, wobei sich trotzdem ein kompakter Aufbau des Drehgebers ergibt. Dies wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Wälzlager aus und die zulässige Stützlast, also die Stabilität des Dreh­gebers insgesamt, ist deutlich erhöht.

[0010] Die Bohrungen der beiden Lagerflansche zur Aufnahme der Au­ßenringe der Wälzlager können gleiche Durchmesser aufwei­sen, wodurch sich eine weitere Vereinfachung bei der Her­stellung der Einzelteile und beim Zusammenbau derselben zu dem erfindungsgemäßen Drehgeber ergeben. Die erfindungsge­mäße Konstruktion kann sowohl für Vollwellendrehgeber als auch für Hohlwellendrehgeber Verwendung finden.

[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Drehgeber mit erfin­dungsgemäßen Merkmalen, und

Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Abtasteinheit des Drehgebers in vergrößertem Maßstab.

[0012] Der dargestellte Drehgeber weist eine Doppelmembrankupplung 8 auf zum Ausgleich von unvermeidbaren Fluchtungsfehlern einer nicht dargestellten Antriebswelle eines Fremdantriebs zur Lagerwelle 7 bzw. zu zwei Lagerflanschen 6.1 und 6.2, die im verschraubten Zustand einen Stator 13 bilden. Im dargestellten Fall ist eine Membran 8b mit dem Stator 13 und die andere Membran 8a mit einem Befestigungsring 10, der Teil eines Gehäuses 12 ist, verschraubt. Der Befesti­gungsring 10 dient gleichzeitig als Zentrierring und Befe­stigungsflansch für den an der Montagefläche des Fremdan­triebs schwimmend aufzuhängenden Drehgeber.

[0013] In den beiden Lagerflanschen 6.1 und 6.2, dem Stator 13, ist die Lagerwelle 7 mit Hilfe von zwei Wälzlagern 11 dreh­bar gelagert. An einem radial abstehenden Außenbund 18 der Lagerwelle 7 ist eine Teilscheibe 1 befestigt, die in einen durch abgestufte Formgebung der Lagerflansche 6.1 bzw. 6.2 gebildeten Ringraum eingreift. Der Teilscheibe 1 ist eine am Lagerflansch 6.2 befestigte Abtasteinheit 15 zugeordnet, die eine Abtast- oder Strichplatte 2 aufweist, wobei auf der einen Seite der Abtastplatte 2 wenigstens eine Leucht­diode 5 und auf der anderen Seite der Abtastplatte 2 wenig­stens ein photoelektrischer Empfänger 4 angeordnet sind. Die Meßteilung der Teilscheibe 1 wird also in bezug auf das Strichmuster der Abtastplatte 2 im Durchlicht der Leucht­diode 5 vom Empfänger 4 abgetastet. Die gesamte Abtastein­heit 15 ist damit im von den Lagerflanschen 6.1, 6.2 um­schlossenen Raum angeordnet.

[0014] Wie sich aus Fig. 2 ersehen läßt, bildet die Leuchtdiode 5 einen Leuchtkegel 16, wodurch die Abtastung der Meßteilung der Teilscheibe 1 von Abstandsänderungen zwischen der Ab­tastplatte 2 und der Teilscheibe 1 abhängig ist. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Stators aus zwei Lager­flanschen, die die gesamte Abtasteinheit umschließen, sind Abstandsänderungen schon weitgehend beseitigt. Um die Ver­hältnisse weiter zu verbessern, sind die Innenringe 11a der Wälzlager 11 gegenüber den Außenringen 11b axial verspannt, so daß das axiale Lagerspiel beseitigt wird. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Innenring 11a des Wälzlagers 11 und einem Bund oder Wellenflansch 18 eine axial wirkende Schraubenfeder 9 eingesetzt, welche die Lagerwelle 7 ko­axial umschließt.

[0015] Die Außenringe 11b der Wälzlager 11 sind mit den Lagerflan­schen 6.1 bzw. 6.2, die zur Aufnahme dieser Außenringe vor­zugsweise gleich große Bohrungen aufweisen, durch Klebung verbunden. Der Einbau der Wälzlager 11 erfolgt in der Wei­se, daß die Lagerwelle 7 in den Innenring 11a des im Lager­flansch 6.2 angeordneten Wälzlagers 11 eingeschoben und da­nach die Schraubenfeder 9 über die Lagerwelle 7 und sodann der Lagerflansch 6.1 auf die Lagerwelle 7 geschoben wird. Spätestens zu diesem Zeitpunkt wird Klebstoff, z. B. ein anaerob härtender Kleber, aufgebracht, um die Innenringe 11a der Wälzlager 11 mit der Welle 7 zu verkleben, wobei innerhalb der Abbinde- oder Aushärtzeit des Klebers die beiden Lagerflansche 6.1 und 6.2 miteinander verschraubt werden und dann den Stator 13 bilden.

[0016] Aufgrund der gegenseitigen Vorspannung der beiden Innenrin­ge 11a der Wälzlager 11, die durch die Druckfeder 9 bedingt ist, nehmen die Innenringe 11a ihre auf größte Distanz ge­brachte Stellung ein, in der ein axiales Spiel der Lager 11 ausgeschaltet ist, wobei der Kleber in dieser Stellung der Innenringe 11a aushärtet und damit die Stellung der Innen­ringe 11a fixiert.

[0017] Aufgrund der die Abtasteinheit umschließenden Konstruktion und des Spielausgleichs durch die axiale Verspannung der Wälzlager 11 werden Signalschwankungen bei der Abtastung der Teilscheibe 1 durch die Abtasteinheit 15 ausgeschlos­sen. Da die axiale Festlegung der Welle 7 über eine Vor­spannung der Wälzlager 11 keinen Einfluß auf die Abtastein­ heit 15 hat, kann die Abtasteinheit 15 im Prinzip beliebig ausgeführt sein. So läßt sich die Erfindung beispielsweise auf inkrementale Drehgeber ebenso anwenden wie auf absolut codierende und die Abtastung kann im Durchlicht- oder Re­flexionsverfahren erfolgen.

Ansprüche

1. Drehgeber mit einem mit einem Gehäuse (12) verbunde­nen Stator (13), in den über zwei Wälzlager (11) eine Welle (7) gelagert ist, an der eine Teilscheibe (1) befestigt ist, welcher eine am Stator (13) fixierte elektrooptische Abtasteinheit (15) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Stator (13) durch zwei miteinander verbundene Lager­flansche (6.1, 6.2) gebildet ist, die so gestaltet sind, daß im verbundenen Zustand der Lagerflansche ein die Teilscheibe (1) aufnehmender Ringraum (19) frei bleibt, und daß
- der Außenring (11b) des einen Wälzlagers (11) am einen Lagerflansch (6.2) und der Außenring des anderen Wälzla­gers am anderen Lagerflansch (6.1) fixiert ist.

2. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenringe (11a) der Wälzlager (11) auf der Welle (7) durch Kleben fixiert sind.

3. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager (11) Schulterkugellager sind.

4. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflansche (6.1, 6.2) miteinander zur Bildung des Stators (13) verschraubt sind.

5. Drehgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die verschraubten Lagerflansche (6.1, 6.2) gebildete Stator (13) über eine Doppelmembrankupplung (8a, 8b) mit dem Gehäuse (12) verbunden ist.

6. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenringe (11a) der Wälzlager (11) axial vorge­ spannt sind.

7. Drehgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Innenringen (11a) der Wälzlager (11) ein druckelastisches Element (9) angeordnet ist.

8. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Sensorelement(e) (5) der elektrooptischen Abtasteinheit (15) und eine Abtastplatte (2) durch Ausspa­rungen im einen Lagerflansch (6.2) und das oder die ent­sprechenden Empfängerelement(e) (4) durch Aussparungen im anderen Lagerflansch (6.1) aufgenommen und gehalten sind.

9. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe (11b) der Wälzlager (11) in den entspre­chenden Bohrungen der Lagerflansche (6.1, 6.2) durch Kleben fixiert sind.

Zeichnung